Микромълнии във водни капки може да са запалили живота на Земята

Как е възникнал животът на Земята? Този въпрос от векове озадачава учените. Мнозина подкрепят идеята, че мощна светкавица, удряща океана, може да е стимулирала образуването на първите органични молекули. Ново изследване обаче предполага различна история - че главната роля са изиграли безброй малки искри, създадени от разбиващи се вълни и падащи водни капки.

Така наречените "микромълнии", възникват когато противоположно заредени водни капки влязат в близък контакт, освобождавайки малък, но мощен електрически разряд. Учени от Станфордския университет сега демонстрират, че този естествен процес може да създаде връзки въглерод-азот и основните градивни елементи на живота.

Скритият заряд на водните капки

Чистата вода не провежда добре електричество, тъй като в нея липсват заредени частици. И все пак в природата капките вода често носят електрически заряд поради процес, наречен трибоелектричния ефект, при който се генерира електрически заряд от контакта на два материала. Това се случва, когато водата взаимодейства с хидрофобни повърхности като въздух, масло или определени минерали.

Илюстрация на трибозаряд, генериран от плъзгаща се капка. Кредит: Илюстрация на трибозаряд, генериран от плъзгаща се капка

Преди повече от век физикът Филип Ленард (Philipp Lenard) забелязва, че малките водни капчици от водопадите често носят отрицателен заряд, докато по-големите остават положително заредени. Последващите експерименти потвърждават това, показвайки, че когато водата се пръска, тя естествено се разделя на различно заредени капчици.

Това разделяне на заряда не е просто куриоз - това е на същият принцип, който задвижва мълниите в буреносните облаци. При бури водните капки и ледените частици се сблъскват, създавайки електрически дисбаланси, които водят до мощни разряди.

В много по-малък мащаб същият процес се случва, когато водните капчици се движат във въздуха, причинявайки образуването на малки искри, докато електроните прескачат между тях. Тези искри освобождават изблици на енергия, подобно на начина, по който мълнията йонизира околния въздух.

Микромълнията: естествена искра за органичната химия

В своето революционно проучване изследователи от Станфорд тестват как тези микроелектрически разряди влияят върху химията. Чрез пръскане на водни капчици в газова смес, която имитира ранната атмосфера на Земята - съдържаща азот, метан, въглероден диоксид и амоняк - те наблюдават образуването на органични молекули с връзки въглерод-азот.

Сред тях са циановодород, глицин (най-простата аминокиселина) и урацил, компонент на РНК. Тези молекули са от съществено значение за живота, образувайки основата на протеини, нуклеинови киселини и други биологични структури.

"Микроелектрическите разряди между противоположно заредените водни микрокапки водят до създаването на всички органични молекули, наблюдавани по-рано в експеримента на Милър-Юри", разказва Ричард Зеър (Richard Zare), професор по химия в Станфорд и старши автор на изследването. "Това е нов механизъм за пребиотичен синтез на молекули, представляващи градивните елементи на живота."

Експериментът на Милър-Юри, проведен през 1952 г., показа, че органичните молекули могат да се образуват, когато електрическа искра се приложи към смес от газове, за които се смята, че са присъствали на ранната Земя. Критиците на експеримента обаче твърдят, че светкавиците са били твърде редки, за да бъдат основният двигател на пребиотичната химия.

Микросветкавиците обаче  са по-честа и широко разпространена алтернатива, възникваща навсякъде, където  се сблъскват водни капки - като океански пръски, водопади или разбиващи се вълни.

Неочакваната сила на малките водни капчици

Въпреки че микромълниите са трудни за виждане с невъоръжено око, те са достатъчно мощни, за да разрушат молекулярни връзки и да инициират химични реакции. Изследователите са записали тези разряди с помощта на високоскоростни камери и са открили, че те освобождават енергия, подобна на тази на мащабна мълния, но в много по-малък мащаб.

"На ранната Земя е имало водни пръски навсякъде – в пукнатини или срещу скали, и те могат да се натрупват и да създадат тези химични реакции", обяснява Зеър. "Мисля, че те разрешават много от проблемите, които хората имат с хипотезата на Милър-Юри."

Последствията се простират отвъд произхода на Земята. Ако водните капки в атмосферата могат да генерират органични молекули, подобни процеси може да се случват на други планети и луни с водна среда. Това повдига нови въпроси за потенциала за живот другаде във Вселената.

Откриване на луминесценция от делене на водни микрокапки. Кредит: Science Advances

Преосмисляне на ролята на водата в химията

Това откритие също така хвърля светлина върху изненадващата реактивност на водата. Традиционно считана за пасивна среда, водата показва неочаквани химични свойства, когато е разделена на малки капчици.

Предишни изследвания от екипа на Зеър показват, че водните капчици могат спонтанно да генерират водороден пероксид и дори да помогнат за производството на амоняк, ключова съставка в торовете.

"Когато се раздели под формата на малки капчици, водата е силно реактивна", отбеляза Зеър.

Резултатите от изследването са публикувани в списание Science Advances.

Схема на експеримента за пребиотичен синтез. Газовете (N₂, CH₄, CO₂ и NH₃) в оранжево обграждат спрей, съдържащ по-големи положително и по-малки отрицателно заредени водни микрокапки, които когато се приближат, предизвикват микромълния, образувайки продуктите в зелено: (I) цианоацетилен, (II) цианоацеталдехид, (III) цианооцетна киселина, (IV) глицин, (V) урея и (VI) урацил. Кредит: Science Advances

Проучването предполага, че ежедневните природни явления - като океански пръски или мъгла от водопад - може да са изиграли решаваща роля в най-ранната химия на Земята. Вместо един-единствен драматичен удар от мълния, породил живот, това може да е бил непрекъснат процес на микромълнии, предизвикващи нови реакции в продължение на милиони години.

Това откритие отваря нови врати в търсенето на произхода на живота и подчертава невижданата сила на едно от най-разпространените вещества в природата: водата.

Справка: Yifan Meng et al., Spraying of water microdroplets forms luminescence and causes chemical reactions in surrounding gas. Sci. Adv. 11, eadt8979(2025). DOI: 10.1126/sciadv.adt8979 

Източник: Microlightning in water droplets may have ignited life on Earth, The Brighter Side of News

Още по темата

22/02/2022

Животът

7 теории за произхода на Живота

26/02/2021

Животът

Произход на живота от хаоса - Дарвиновата еволюция започва преди самия живот?

22/03/2016

Животът

Животът е одушевена вода

31/12/2014

Животът

Kакво е Живот. Теории за произхода на живота